海藻カロテノイドの皮膚における光老化抑制作用

京都大学大学院農学研究科

平 田孝

Fucoxanthin, a major carotenoid in brown algae, has various beneficial effects. In this study, we evaluated the effectof topical fucoxanthin on UVB-induced skin photoaging of hairless mice. The dorsal skins were treated topically with a0.001% fucoxanthin solution 2 h before each UVB irradiation (5 times a week) for 10 weeks. The formation of wrinkles
in UVB-irradiated skin treated with vehicle alone was significantly increased compared with the non-irradiated control.
Treatment with fucoxanthin tended to suppress the UVB-induced wrinkle formation but there was no significant difference
between wrinkle formation in the control group and in the fucoxanthin treatment group. However, topical treatment
with fucoxanthin significantly prevented UVB-induced epidermal hypertrophy, VEGF and MMP-13 expression in theepidermis and thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) in the skin. These results indicate that topical treatment
with fucoxanthin prevents skin photoaging of UVB-irradiated hairless mice, possibly via its antioxidant and antiangiogeniceffects.

１．諸を直接的に引き起こすことも報告されている3）。さらに炎症

言と光老化の関わりとして、慢性的な紫外線照射によって誘老化現象として皮膚に現れる変化は、生命活動の結果生導された好中球に由来する MMPs が、継続的に細胞外マじる損傷の蓄積によって進行する内因性老化と、外的刺激トリックスを損傷した結果、シワ形成が引き起こされるこを受け続けることによって進行する外因性老化の二種類にとも示されている 4, 5）。したがって、血管新生抑制物質が光大別できる。外因性老化に関わる刺激としては、紫外線暴老化によるシワ形成を抑制できることが大いに期待される。

露、乾燥、熱、物理的刺激等が挙げられ、とくに紫外線にカロテノイドは生物全般に広く含まれる脂溶性色素で、よる老化現象は光老化（photoaging）と呼ばれている。高赤から橙色を呈し、強い抗酸化作用を有する。近年、新し齢化や長寿化が進み、単に長生きするだけでなく、老化をい健康機能が注目されており、その作用機序解明も進めら抑制し健康的に生きることが重要と考えられるようになり、れている。フコキサンチンは、ワカメ、コンブ等の褐藻に美容やアンチエイジングへの関心が高まっている。したが特有の海洋由来カロテノイドであり、アレン構造、エポキって、皮膚の老化に関わる光老化のメカニズムの解明やそシ基、ヒドロキシ基といった特徴的な構造を有する（図１）。の抑制は、現代社会における QOL（Quality of Life）の向

我々のこれまでの取組みによって、フコキサンチンが強力上に役立つと考えられる。

な血管新生抑制作用を有することが明らかにされている６）。

近年、光老化のメカニズムに血管新生が関与することがしたがって、フコキサンチンの光老化抑制作用が期待され報告されている。血管新生とは、成熟個体において標的部る。そこで本研究では、光老化モデルマウスを用いてフコ位の血管内皮細胞がプロテアーゼを産生し、基底膜を消化キサンチンの影響を検証するとともに、その作用機序を解して遊走・増殖した後、血管壁細胞ペリサイトが取り囲む明することを目的とした。

ことで既存の血管が拡張する現象である。紫外線照射によ２．実って引き起こされるVEGF（vascular endothelial growth factor、血管新生促進因子）と TSP-1（thrombospondin-1、血管新２．
１験

フコキサンチンの抽出と精製生阻害因子）の発現バランスの変化が、皮膚の光老化を促

市販の乾燥ワカメをミルミキサーで粉砕後、約 10 倍容

すスイッチとなることが示唆されている 1, 2）。また、血管内量のアセトンを加え、アルミホイルで遮光し 4℃で一晩抽皮細胞の分泌するマトリックスメタロプロテアーゼ（MMPs）出した。ろ過後、エバポレーターで乾固し、残留物を少量が真皮層を構成するコラーゲンを分解することでシワ形成の メ タ ノ ー ル に 溶 か し、LiChroprep RP-18（40−63 mm、Merck）を用いたカラムクロマトグラフィーに供し、粗フコキサンチン画分を分取した。さらに ODS-80Ts TSK-gel（4.6×250 mm、東ソー）を用いた HPLC に供し、フコキサSuppressive effects of the algal carotenoid
fucoxanthin on skin photoaging
Takashi Hirata
Graduate School of Agriculture, Kyoto
Universityンチンを精製した 6, 7）。

２．２

動物実験

ヘアレスマウス（Hos：HR-1、6 週齢、雌）を用いて、紫− 102 −海藻カロテノイドの皮膚における光老化抑制作用

外線照射試験を行った。マウスの取り扱いは京都大学動物実験委員会の指針に従った。室温 24±2℃、明暗周期 12 時
間で、固形試料（MF）と水を自由摂食させた。２週間予備飼育した後、ノーマル群、コントロール群、フコキサンチン群の３群に分けた（n=6）
。ノーマル群は UVB 照射も試料塗布もせずに飼育した。フコキサンチン群は週５回、

図１0.001%（w/v）フコキサンチン溶液（プロピレングリコー

フコキサンチンの化学構造

ル / エタノール / 水（3 : 2 : 5、v/v/v））、コントロール群は溶媒のみそれぞれを 80ml 背部に塗布し、２時間後に UVBを照射した。照射量は、第１週目で１日あたり 30mJ/cm2、第２、３、４週目はそれぞれ 50、55、60 mJ/cm2、５週目以降は 65 mJ/cm2 と、段階的に照射強度を高めるようにした。
塗布および UVB 照射処理期間は 10 週間とし、最後の照射から 24 時間後にイソフルランを用いた吸引麻酔下で皮膚の評価を行った。頚椎脱臼後、背部皮膚を採取した。

２．
３

図２UVB 照射ヘアレスマウスの背部皮膚レプリカ

皮膚の評価

背部皮膚のレプリカ（ASA-01 アサヒバイオメッド）を採取し、反射用レプリカ解析システム（ASA-03 アサヒバイオメッド）を用いて解析した。
頚椎脱臼後、背部皮膚約 20×20mm を採取し、10％中性緩衝ホルマリン溶液で固定後、パラフィン切片を HE 染色した。光学顕微鏡で表皮厚を測定した。
採取した背部皮膚約 50 mg をホモジナイズし、TBARSを測定した８）。また、DispaseII（Roche）を用いて表皮層を単離し９）、セパゾール（ナカライテスク）を用いてトー
タ ル RNA を 抽 出 後、 リ ア ル タ イ ム RT-PCR 法 に て、VEGF、TSP-1、MMP-13、IL-6、TNFa の mRNA 発 現 量を測定した。

３．結３．
１

図３ レプリカ画像解析によるシワの定量
平均値 ±SD、異なる符号間で有意差あり（P<0.05）

果

背部皮膚の形態変化の評価

UVB 照射によって、ノーマル群と比較してコントローに示した。表皮厚はノーマル群に対してコントロール群でル群でシワが増加し、深いシワが特徴的に認められた。一有意な増加が認められ、フコキサンチン群で有意に抑制さ方、フコキサンチン群はコントロール群と比較して深いシれた。

ワは認められなかった（図２）。レプリカ画像を用いて、シワ平均個数について定量的に解析した結果、コントロー

３．３

皮膚の過酸化ル群で、ノーマル群に比べて有意な増加が認められた。一コントロール群でマロンジアルデヒド量がノーマル群に方、フコキサンチン群では有意ではないものの、コントロ対して有意に増加した。一方、フコキサンチン群ではコンール群に比べて低値を示す傾向があり、ノーマル群とも有トロール群に対して有意に減少し、ノーマル群と同レベル意な差は認められなかった（図３）。の値を示した（図６）。

３．
２

３．４

組織学的分析

表皮の遺伝子発現の変化

HE 染色した背部皮膚切片を用いて、表皮層の肥厚化にUVB 照射による MMP-13 と VEGF の発現亢進は、フコついて調べた（図４）。コントロール群では表皮厚の肥厚キサンチン塗布によって有意に抑制された（図７）。TSP-1、化が認められたが、フコキサンチンはそれを抑制している

TNFa、IL-6 の発現はいずれもすべての群間で有意な差はことが認められた。肥厚化を定量的に評価した結果を図５認められなかった。

− 103 −

コスメトロジー研究報告 Vol.20, 2012

図４背部皮膚の組織切片

図 5 UVB 照射による背部表皮厚の変化に与えるフコキサンチンの影響
平均値 ±SD、異なる符号間で有意差あり（P<0.05）

４．考図６ UVB 照射による皮膚の脂質酸化に与えるフコキサンチンの影響
平均値 ±SD、異なる符号間で有意差あり（P<0.05）

し、コラーゲンやエラスチンの損傷、DNA の傷害、抗酸察化酵素の不活性化、細胞機能の劣化が引き起こされる。

本研究において UVB 照射による有意なシワ形成と表皮UVB 照射による TBARS の上昇が 0.001% フコキサンチンの肥厚化が認められ、0.001% フコキサンチン溶液の塗布塗布により抑制されたことから、脂質過酸化反応を抑制すによってシワ形成の抑制傾向と有意な表皮肥厚化抑制作用ることも光老化抑制作用の一因と考えられた。活性酸素をが認められた。

介して VEGF や MMPs の発現が調節されることも報告さ

表皮肥厚化は外因性老化である光老化と内因性老化とをれており 17−19）、活性酸素に応答したサイトカインを介して区別する最も顕著な兆候の一つである。肥厚化は基底細胞

IL - 1 や IL - 6、TNFa などの産生が誘導されることも報告

層や真皮層を紫外線から守るための防御機構とみなすことされている 10）。したがって、活性酸素を介して変動する可が出来る。フコキサンチンの有する生理活性が相乗的に機能性のある遺伝子の発現解析も重要と考えられた。

能して UVB による皮膚の損傷を軽減したために、肥厚化

UVB 単回照射によって、VEGF と TSP-1 の発現バランスの変化が連動することが明らかにされている２）。また、が有意に抑制されたものと考えられた。
活性酸素種の産生によって、コレステロールやスクアレ

長期的 UVB 照射モデルにおいて、VEGF 過剰発現マウス

ン等の不飽和結合を有する脂質成分から過酸化脂質が生成

は UVB 感受性が増加し、表皮肥厚化、シワ形成、炎症細− 104 −海藻カロテノイドの皮膚における光老化抑制作用

２）Yano K, Kajiya K, Ishiwata M et al.: Ultraviolet
B-induced skin angiogenesis is associated with a switch
in the balance of vascular endothelial growth factor
andthrombospondin-1 expression. J. Invest. Dermatol.,
122, 201-208, 2004.
３）Takema Y, Hattori M, Aizawa K: The relationshipbetween quantitative changes in collagen andformation of wrinkles on hairless mouse skin after
chronic UV irradiation. J. Dermatol. Sci., 12, 56-63, 1996.
４）Bolognia JL: Aging skin. Am. J. Med., 98, 99S-103S,1995.
５）Cho HS, Lee MH, Lee J W et al.: Anti-wrinklingeffects of the mixture of vitamin C, vitamin E,pycnogenol and evening primrose oil, and molecularmechanisms on hairless mouse skin caused bychronic ultraviolet B irradiation. Photodermatol.
Photoimmunol. Photomedicine, 23, 155-162, 2007.
６ ）S u g a w a r a T , M a t s u b a r a K , A k a g i R e t a l . :Antiangiogenic activity of brown algae fucoxanthin
図７ UVB 照射による皮膚の遺伝子発現に与えるフコキサン
チンの影響平均値 ±SD、異なる符号間で有意差あり（P<0.05）

and its deacetylated product, fucoxanthinol. J. Agric.
Food Chem., 54, 9805-9810, 2006.
７）Sugawara T, Baskaran V, Tsuzuki W et al.: Brown
algae fucoxanthin is hydrolyzed to fucoxanthinol胞の浸潤が惹起されることも報告されている１）。したがっduring absorption by Caco-2 human intestinal cells andて VEGF の発現亢進が光老化の惹起に強く関与するもの

mice. J. Nutr., 132, 946-951, 2002.と考えられる。一方、長期的に UVB 照射した TSP-1 過剰発現マウスにおいて細胞外マトリックスの損傷、シワの形

８）Buege JA, Aust SD: Microsomal lipid peroxidation.
Methods Enzymol., 52, 302-310, 1978.

、TSP-1 も UVB 照

９）Trost A, Bauer JW, Lanschützer C et al.: Rapid, high-射による光老化の抑制に関わると考えられる。しかしながquality and epidermal-specific isolation of RNA from

成、表皮の肥厚化が抑制されており

20）

ら、TSP-1 は VEGF と異なり様々な働きを有するタンパク質でもあるために 11, 12）、本実験結果において TSP-1 の発現

human skin. Exp. Dermatol., 16, 185-190, 2007.
10）Haddad JJ, Safieh-Garabedian B, Saadé NE et al.:Chemioxyexcitation (delta pO2/ROS)-dependentは変動しなかったものと推測された。
UVB 照射による MMP-13 発現の促進も、0.001 % フコキ

release of IL-1 beta, IL-6 and TNF-alpha: evidence of

サンチン溶液の塗布によって有意に抑制された。MMP- 13

cytokines as oxygen-sensitive mediators in the alveolarはマウスの主要なコラゲナーゼであり、ヒトにおける

epithelium. Cytokine, 13, 138-147, 2001.

MMP-1 と同様の働きを担う。VEGF と MMP の発現は相互に強く関わっており13）、活性酸素を介した MMP 制御メ

カニズムも報告されていることから 14−16）、フコキサンチン

1 1 ）N i c o s i a R F , T u s z y n s k i G P : M a t r i x - b o u n dthrombospondin promotes angiogenesis in vitro. J. CellBiol., 124, 183-193, 1994.の抗酸化作用と VEGF 発現を介した血管新生抑制作用が12）Donnini S, Morbidelli L, Taraboletti G et al.: ERK1-相乗的に機能した結果、MMP-13 発現が有意に抑制され、

2 and p38 MAPK regulate MMP/TIMP balance andシワの形成が抑制されたものと考えられた。

function in response to thrombospondin-1 fragments inthe microvascular endothelium. Life Sci., 74, 2975-2985,（引用文献）

2004.

１）Hirakawa S, Fujii S, Kajiya K et al.: Vascular13）Heissig B, Hattori K, Friedrich M et al.: Angiogenesis:

endothelial growth factor promotes sensitivity tovascular remodeling of the extracellular matrix

ultraviolet B-induced cutaneous photodamage. Blood,involves metalloproteinases Current opinion in105, 2392-2399, 2005.

hematology. Cur. Opin. Hematol., 10, 136-141, 2003.

− 105 −コスメトロジー研究報告 Vol.20, 201214）Philips N, Keller T, Hendrix C et al.: Regulation of theextracellular matrix remodeling by lutein in dermal

derived cell lines and in human keratinocytes.
Photochem. Photobiol., 70, 674-679, 1999.

fibroblasts, melanoma cells, and ultraviolet radiation18）Kawaguchi Y, Tanaka H, Okada T et al.: The effects

exposed fibroblasts. Arch. Dermatolog. Res., 299, 373-

of ultraviolet A and reactive oxygen species on the379, 2007.

mRNA expression of 72-kDa type IV collagenase15）Wertz K, Seifert N, Hunziker PB et al.: Beta- carotene
inhibits UVA-induced matrix metalloprotease 1 andand its tissue inhibitor in cultured human dermal
fibroblasts. Arch. Dermatol. Res., 288, 39-44, 1996.

10 expression in keratinocytes by a singlet oxygen-19）Brenneisen P, Briviba K, Wlaschek M et al.:dependent mechanism. Free Radic. Biol. Med., 37, 654-Hydrogen peroxide (H2O2) increases the steady-state

670, 2004.

mRNA levels of collagenase/MMP-1 in human dermal16）Karin W, Nicole S, Petra BH et al.: b-Carotene

fibroblasts. Free Radic. Biol. Med., 22, 515-524, 1997.

interference with UVA-induced gene expression by20）Yano K, Oura H, Detmar M: Targeted overexpression

multiple pathways. Pure Appl. Chem., 78, 1539-1550,

of the angiogenesis inhibitor thrombospondin-1 in the2006.

epidermis of transgenic mice prevents ultraviolet-B-17）Mildner M, Weninger W, Trautinger F et al.: UVAand UVB radiation differentially regulate vascularinduced angiogenesis and cutaneous photo-damage. J.
Invest. Dermatol., 118, 800-805, 2002.

endothelial growth factor expression in keratinocyte-− 106 −